特高压输电铁塔风振疲劳性能及典型焊接接头疲劳寿命研究

发布时间：2017-09-27 03:44

  本文关键词：特高压输电铁塔风振疲劳性能及典型焊接接头疲劳寿命研究

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【摘要】：随着输电线路工程的大量建设,尤其是特高压输电线路的建设,作为工程基础的输电铁塔加工制造也成为施工部门非常关心的课题。输电铁塔对风非常敏感,因而风载荷在输电铁塔的设计中占有重要地位。目前,大多数工程应用考虑到了输电铁塔主要承受风载荷作用,但是只按静载荷计算,而不验算风振作用于结构的疲劳强度。对于输电铁塔来说,焊接结构受风振疲劳的影响很大,尤其是对于受拉和受弯焊接构件。同时为了提高输电铁塔的性能尤其是特高压输电铁塔的强度、减轻塔重、延长塔的使用寿命,提高经济与环境效益,更高牌号的低合金高强钢越来越多应用于输电铁塔的制造中,如本文中六横电厂一春晓500kV线路工程主体结构应用了Q420钢材料。但是Q420钢在特高压输电铁塔中的应用主要存在两个主要问题：一是其焊接性相对较差,焊后容易产生缺陷；二是对于Q420钢焊接接头在风载荷作用下疲劳失效问题研究不足。本文以风振疲劳下的输电铁塔结构为研究对象,以提高输电铁塔结构焊接疲劳强度为核心,针对输电铁塔的风振疲劳做了一些研究。本文的主要内容如下：(1) 应用风载荷理论、金属疲劳理论以及疲劳损伤累积理论,对输电铁塔风载荷分布、风振特性及风振疲劳寿命进行了分析,从铁塔设计层面对输电铁塔风振疲劳寿命做了预测及分析。(2) 针对Q420钢焊接工艺进行分析,从焊接方法、焊接参数上对Q420钢的焊接做了对比研究；基于输电铁塔风载荷及风振特性分析,对铁塔用典型焊接接头进行了疲劳试验研究,通过试验分析确定其疲劳性能。(3) 研究了影响输电铁塔焊接接头疲劳寿命的主要因素,着重从细化焊缝晶粒、减少焊接缺陷两方面对焊缝疲劳进行分析,提出了可以提高疲劳强度的焊接工艺方法。(4) 为了增大焊接工艺要求的冗余度,对合金元素及焊缝组织相成分做了分析,研究了稀土元素过渡到焊缝组织的方法,提高焊接接头的疲劳性能从而保证输电铁塔服役寿命；根据试验结果及焊条材料分析,完成Q420钢抗疲劳性能专用焊材开发。
【关键词】：输电铁塔 风载荷 低合金高强钢 疲劳性能 焊缝合金化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM75
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 低合金高强钢介绍13-17
• 1.2.1 低合金高强钢在输电铁塔中应用情况13-14
• 1.2.2 低合金高强钢的焊接性14-17
• 1.3 风载荷基本理论17-19
• 1.3.1 风速的表达17
• 1.3.2 平均风和脉动风17-18
• 1.3.3 风载荷模型18-19
• 1.4 有关风振疲劳的国内外研究现状19-23
• 1.4.1 焊接结构疲劳研究现状19-21
• 1.4.2 输电塔系风振疲劳的研究现状21-22
• 1.4.3 输电铁塔焊接接头风振疲劳分析的特殊性22-23
• 1.5 本课题的主要研究内容23-24
• 1.6 本文的研究方法24-26
• 2 焊接结构疲劳的理论研究26-38
• 2.1 金属疲劳基本理论26
• 2.2 输电铁塔焊接接头疲劳强度分析26-28
• 2.2.1 焊接结构疲劳强度与金属疲劳强度差异性分析26-27
• 2.2.2 S-N曲线分析及疲劳寿命分析方法27-28
• 2.3 金属结构疲劳断裂过程及特征28-30
• 2.4 结构疲劳累积损伤理论30-33
• 2.4.1 线性疲劳累积损伤理论30-31
• 2.4.2 非线性疲劳累积损伤理论31-32
• 2.4.3 概率疲劳累积损伤理论32-33
• 2.5 焊接结构疲劳失效的原因分析33-34
• 2.5.1 焊接缺陷的影响33-34
• 2.5.2 焊接残余应力的影响34
• 2.6 疲劳强度的影响因素(微观)34-35
• 2.7 提高输电铁塔疲劳寿命的方法35-37
• 2.7.1 提高焊接构件的疲劳强度35-36
• 2.7.2 特高输电铁塔风振疲劳控制36-37
• 2.8 本章小结37-38
• 3 输电铁塔的风载荷及其响应分析38-48
• 3.1 输电铁塔塔身的风载荷计算38-41
• 3.2 输电铁塔塔身动力学分析41-44
• 3.2.1 铁塔结构风载荷作用下动力学分析41
• 3.2.2 随机疲劳理论41-44
• 3.2.3 窄带过程的疲劳积累损伤44
• 3.3 钢结构铁架塔风振疲劳寿命预测44-47
• 3.3.1 输电铁塔疲劳损伤估算44-46
• 3.3.2 输电铁塔风振疲劳寿命预测46-47
• 3.4 小结47-48
• 4 输电铁塔用Q420钢典型焊接接头疲劳性能研究48-59
• 4.1 试验设计与方案确定48-50
• 4.1.1 输电铁塔焊接接头疲劳试验方案设计48-49
• 4.1.2 初始试验方案失败原因分析49
• 4.1.3 试验方案的确定49-50
• 4.2 材料及试验方法50-51
• 4.2.1 材料选择50
• 4.2.2 焊接工艺及参数50-51
• 4.3 疲劳试验方法及设备51-52
• 4.3.1 疲劳试样的制备51
• 4.3.2 疲劳试验及设备51-52
• 4.4 试验数据处理分析52-54
• 4.5 疲劳断裂分析54-58
• 4.5.1 宏观断口分析54
• 4.5.2 显微组织分析54-56
• 4.5.3 微观断口分析56-58
• 4.6 小结58-59
• 5 输电铁塔用Q420钢焊接接头焊接性能研究及匹配焊材设计59-70
• 5.1 Q420钢焊接性分析59-61
• 5.1.1 Q420钢的碳当量59
• 5.1.2 热裂纹敏感系数59-60
• 5.1.3 再热裂纹60
• 5.1.4 输电铁塔用Q420钢焊接性评价60-61
• 5.2 Q420钢专用焊条的研究思路61-65
• 5.2.1 Q420钢焊条的设计内容61-62
• 5.2.2 Q420钢焊缝组织组成相设计62-63
• 5.2.3 合金元素对焊缝组织和性能的影响63-65
• 5.3 Q420钢匹配焊材设计65-66
• 5.3.1 Q420钢专用焊条焊芯的选定65
• 5.3.2 Q420钢专用焊条药皮的分析设计65-66
• 5.4 焊缝合金化试验66-69
• 5.4.1 试验材料66
• 5.4.2 试验方法66-68
• 5.4.3 试验结果与分析68-69
• 5.5 Q420钢焊条药皮配方确定69
• 5.6 小结69-70
• 6 总结与展望70-72
• 6.1 论文研究结论总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 作者简介76

【参考文献】

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1 严正凯;;低合金高强钢的焊接工艺研究[J];机械工程与自动化;2007年01期

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本文编号：927441